Использование виртуальных лабораторных работ как средство повышения эффективности обучения


Использование виртуальных лабораторных работ как средство повышения эффективности обучения
Лабораторный практикум является обязательным компонентом обучения многих дисциплин, принимаемых в обучении. В связи с динамическим изменением элементной базы электроники, измерительной аппаратуры, все компоненты должны своевременно обновляться и совершенствоваться. Дело это трудоемкое и достаточно дорогое, особенно в сегодняшних условиях.
При всех несомненных достоинствах существующего практикума имеется довольно много замечаний, которые в силу объективных и субъективных трудностей практической реализации не решены на сегодня:
1) Дорогая технологическая оснастка для реальной работы.
2) Современная аппаратура сложна, требует высокой квалификации исследователя и мало приспособлена для студенческого практикума.
3) Целый ряд исследований невозможно выполнить из-за уникальности необходимой аппаратуры.
Перечисленные замечания, конечно, не полностью описывают проблему. Поэтому поиск альтернативных методических направлений обучения является актуальным.
Одно из таких направлений - использование в лабораторном практикуме компьютерного моделирования или так называемые виртуальные лаборатории. Виртуальная лаборатория представляет собой программно-аппаратный комплекс, позволяющий проводить опыты без непосредственного контакта с реальной установкой или при полном отсутствии таковой.
Основными преимуществами виртуальных лабораторий являются:
Отсутствие необходимости приобретения дорогостоящего оборудования и реактивов. Из-за недостаточного финансирования во многих лабораториях установлено старое оборудование, которое может искажать результаты опытов и служить потенциальным источником опасности для обучающихся. Кроме того, в таких областях как, например, химия, кроме оборудования требуются также расходные материалы (реактивы), стоимость которых достаточно высока. Разумеется, компьютерное оборудование и программное обеспечение также стоит недешево, однако универсальность компьютерной техники и ее широкая распространенность компенсируют этот недостаток.
Возможность моделирования процессов, протекание которых принципиально невозможно в лабораторных условиях. Современные компьютерные технологии позволят пронаблюдать процессы, трудноразличимые в реальных условиях без применения дополнительной техники, например, из-за малых размеров наблюдаемых частиц, наблюдения происходящего в другом масштабе времени, что актуально для процессов, протекающих за доли секунды или, напротив, длящихся в течение нескольких лет.
Безопасность. Безопасность является немаловажным плюсом использования виртуальных лабораторий в случаях, где идет работа, например, с высокими напряжениями или химическими веществами.
Экономия времени и ресурсов для ввода результатов в электронный формат. Некоторые работы требуют последующей обработки достаточно больших массивов полученных цифровых данных, которые выполняются на компьютере после проведения серии экспериментов. В виртуальной лаборатории этот шаг отсутствует, так как данные могут заноситься в электронную таблицу результатов непосредственно при выполнении опытов экспериментатором или автоматически. Таким образом, экономится время и значительно уменьшается процент возможных ошибок.
И, наконец, отдельное и важное преимущество заключается в возможности использования виртуальной лаборатории в дистанционном обучении, когда в принципе отсутствует возможность работы в лабораториях техникума.
Существует огромное количество различных виртуальных лабораторий: STAR, VirtualLab, ChemLab, LabVIEW и другие.
Оптимальная программа для создания виртуальных лабораторных работ LabVIEW. Мощная среда графического программирования этой технологии позволяет реализовать требуемые модели объектов исследования, а также использовать широчайший ряд аппаратного обеспечения (причем различных производителей) и набор средств, идеально подходящий для создания серьезных лабораторных комплексов при изучения различных дисциплин.
Использование виртуальных лабораторных работ в процессе обучения является важным новшеством. Сравнение виртуального лабораторного практикума с традиционным оборудованием - лабораторными стендами следующее:
один компьютер способен заменить несколько стендов с разной тематикой работ;
качество обучения также повысится за счёт большей, чем у стендов, наглядности, за счёт того, что перестанут выходить из строя исследуемые и вспомогательные компоненты, и за счет приобретения студентами дополнительных навыков работы на компьютере.
Пример использования. Тема Л/Р: Свободны колебания системы с двумя степенями свободы
Цель виртуальной лабораторной работы:
Теоретически и экспериментально определить параметры колеблющейся системы с двумя степенями свободы;
Теоретически и экспериментально изучить влияние начальных условий на результирующее движение колеблющейся системы.
ИСПЫТАНИЕ ОБРАЗЦОВ НА СЖАТИЕ
Повышение качества обучения при использовании имитаторов складывается из наличия следующего комплекса факторов:
Проведение большего количества работ за тоже время;
Обеспечение индивидуальной работы студентов;
Возможность визуального наблюдения внутренней структуры изучаемого оборудования, микро- и макрообъектов и процессов, быстрых или медленных технологических и природных процессов или явлений;
Возможность изменения конфигурации оборудования и параметров среды;
Оценка возможных последствий альтернативных условий и направлений деятельности;
Интерес к ВЛР, отсутствие опасности, наличие возможности «экспериментировать»;
Возможность использования ВЛР при самостоятельной работе студентов;
Возможность объективного контроля качества обучения.